CN209964038U - 一种天通卫星地面站自适应有源天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种天通卫星地面站自适应有源天线，本实用新型的有源天线包括无源天线ANT、第一双工器、低噪声放大器、自适应模块以及功率放大器；所述所述无源天线ANT用于向空中接收和发射无线信号；所述自适应模块包括无线信号输入端、信号控制端以及信号发射端，所述无线信号输入端接收来自所述低噪声放大器的信号，所述信号控制端通过监测无线输入信号的大小，自适应调整信号的衰减值，从而控制所述功率放大器的使能。通过本实用新型提供的有源天线及其自适应调整方法的技术方案不仅节省无源天线和一根10米或50米电缆的费用，简化了使用难度，且本实用新型可以自动将收发信号幅度调节到最安全和最佳通信状态。

Description

一种天通卫星地面站自适应有源天线

技术领域

本实用新型属无线电发射技术领域，涉及一种天通卫星地面站自适应有源天线。

背景技术

有源天线是这样的天线，其中由大量天线元件形成的一个较大的天线阵列。一些无线电收发器和这些天线元件直接相连，这些无线电收发器作用得就像与相似尺寸的天线阵列相连的单个收发器。这样布置(arrangement)的目的是获得期望的辐射图(radiationpattern)(无线电波束)、等效无方向辐射功率(EIRP)以及灵敏度。然而，只有在发射的无线电波的功率(幅度)和相位是已知并可控的情况下，这种天线阵列才能提供满意的功能。

在移动通信技术发展到4G(第四代移动通信技术)，LTE(Long Term Evolution，长期演进)系统的覆盖区既要求覆盖信号的质量，同时要兼顾覆盖区的容量的要求。有源天线作为解决信号覆盖的一种选择，可以通过方向图的赋形来更好的适应覆盖区的信号覆盖的要求，同时可以减少系统设备的数量。但是网络建设是渐进的，现有网络建设需要考虑后续网络容量升级的需要，现在普遍的做法是，在现有网络上再增加一套设备，这不仅增加了成本，而且占用了设备运行的体积。

目前市场上有天通地面站用的无源天线和有源天线，运营商一般会给天通用户配两台天线，无源和有源天线，和两段电缆(10米和50米)通信终端和天线之间距离小于10米时用10米电缆接无源天线，距离大于10米时用50 米电缆接有源天线，使用起来比较麻烦，不能使通信质量达到最佳，也增加了不可靠性，而且也增加了比较大的成本。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提出了一种天通卫星地面站自适应有源天线，有效的解决了通信距离以及使得通信质量可靠性问题。

本实用新型提供了一种天通卫星地面站自适应有源天线，所述有源天线包括无源天线ANT、第一双工器、低噪声放大器、自适应模块以及功率放大器；

所述无源天线ANT用于向空中接收和发射无线信号；

所述自适应模块包括无线信号输入端、信号控制端以及信号发射端，所述无线信号输入端接收来自所述低噪声放大器的信号，所述信号控制端通过监测无线输入信号的大小，自适应调整信号的衰减值，从而控制所述功率放大器的使能，所述无线信号发射端将经信号控制端输出的信号发射出去；

所述无源天线ANT接收来自所述第一双工器的输出信号并作为发射信号。

优选的，所述自适应模块包括位于无线信号输入端的压控衰减器ATT1, 位于信号控制端的压控衰减器ATT2、直流运算放大器DCAMP、发射通道的末端耦合器COP1、前段耦合器COP2、末端检波器DET1、前端检波器DET2 以及微控制单元MCU；

所述压控衰减器ATT1接收来自所述低噪声放大器发出的信号，并将该信号经过第二双工器后输入到所述信号控制端；

所述信号控制端的微控制单元MCU在所述无源天线接收信号之前控制所述压控衰减器ATT2衰减到最大值，在无源天线接收无线信号后，实时检测所述前端检波器DET2以及所述末端检波器DET1的AGC值来调整压控衰减器ATT2以及所述压控衰减器ATT1，调整后，所述微控制单元实时检测所述前端检波器DET2的输出值从而控制所述功率放大器的使能。

优选的，所述有源天线还包括增益放大器，所述增益放大器包括位于所述低通滤波与所述压控衰减器ATT1之间的增益放大器AMP1，所述压控衰减器ATT1与第二双工器之间的增益放大器AMP2以及位于功率放大器与所述压控衰减器ATT2之间的增益放大器AMP3。

优选的，所述有源天线还包括电源模块，用于通过输出电压向上述各类器件供电，所述电源模块包括第一电源输出端和第二电源输出端，所述第一电源输出端输出+5V电压，所述第二电源输出端输出3.3V电压。

优选的，所述功率放大器为4w功率放大器。

优选的，所述第一双工器位于天线端，所述第二双工器位于所述自适应模块与通信终端之间的电缆端，所述第一双工器与所述第二双工器均用于控制输入信号与输出信号的隔离传输。

优选的，所述压控衰减器ATT1与所述压控衰减器ATT2的芯片型号为 AT-113。

优选的，所述直流运算放大器DCAMP的型号为AD8065。

通过本实用新型提供的有源天线及其自适应调整方法的技术方案不仅节省无源天线和一根10米或50米电缆的费用，简化了使用难度，且本实用新型可以自动将收发信号幅度调节到最安全(+33dBm以下任意幅度信号输入都不会造成损坏)和最佳通信状态(0-132米任意电缆长度都可以保持输出幅度在P-1左右)。

附图说明

图1为本实用新型提出的自适应有源天线原理图；

图2为本实用新型提出的自适应有源天线调整实现图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作出详细说明。

本实用新型提供的天通卫星地面站自适应有源天线，如图1所示，其包括了无源天线ANT、第一双工器DPX1、第二双工器DPX2、低噪声放大器LNA、三个增益放大器分别是增益放大器AMP1、增益放大器AMP2、增益放大器AMP3、第二双工器DPX2、自适应模块以及功率放大器PA；

所述无源天线ANT用于向空中接收无线信号，并且将无线信号发射出去，其起到的作用即为无线信号信号的接收和发送。无源天线本身是不带有任何有源器件的天线，在实际应用中，其表现为常见的一些金属体的普通天线，在本实用新型中不做限定，选用的为普通常用的无源天线即可。

无源天线接收到无线信号后由第一双工器的接收端接收，在本实用新型的通信系统中，涵盖了无线信号的接收和发送，而双工器的设置是为了使得发送信号和接收信号互不干扰，在本实用新型中，第一双工器DPX1位于无源天线段，第一接收端接收无源天线接收到的无线信号，经过双工器的无线信号，经过其第二输出端进入接收通道，并且经过处理后，经发射通道在第二接收端接收信号，而其第一输出端则将无线信号输出至无源天线作为发射信号发出去。

在发射通道中，经第一双工器输出的信号依次经过低通滤波器、增益放大器AMP1、自适应模块的压控衰减器ATT1以及增益放大器AMP2后进入第二双工器DPX2，在接收通道中，经第二双工器后信号进入自适应模块的前段耦合器COP2、压控衰减器ATT2后，信号进入增益放大器AMP3、功率放大器PA以及自适应模块的末端耦合器COP1后，信号经第一双工器的第二输入端传输到无源天线发射出去。

在本实用新型中，自适应模块除了包括前面的压控衰减器ATT1、前段耦合器COP2、压控衰减器ATT2、末端耦合器COP1，还包括末端检波器DET1、直流运算放大器DCAMP、前端检波器DET2以及微控制单元MCU，这些器件都包括其自身的发射端和接收端，信号从接收端进入，经发射端发射出去，在这里不做赘述。同时，微控制单元MCU分别通过末端检波器DET1、直流运算放大器DCAMP、前端检波器DET2与末端耦合器COP1、直流运算放大器DCAMP前段耦合器COP2建立控制通道，具体连接方式如图1所示，同时，本实用新型中还建立了为微控制单元MCU与压控衰减器ATT1及功率放大器的控制通道。

本实用新型的有源天线还包括电源模块，用于通过输出电压向这些元器件供电，具体来将，主要是将从通信终端过来的12-40V宽电压经过TPS54560 开关电源稳压模块变为+5V电压，供给收发端放大器使用，再由TPS73133变为3.3V电压给单片机等器件使用。

以上就是本实用新型的有源天线的具体结构组成，构成了一个完整的有源天线的电路结构。

在工作原理上，如图2所示，自适应模块是本实用新型的核心部分，通过自适应模块的使用有效的调整了压控衰减器的衰减值从而控制整个有源天线的高效工作。

有源天线上电后开始工作，上电后，自适应模块的微控制单元立即调整 ATT2的衰减值至最大，此处的用时小于1毫秒，是为了防止此时发射端输入的信号过大而烧坏后面的元器件，然后MCU立即获取前端检波器DET2的 AGC值，确定此时的输入信号的大小，然后逐渐调整ATT2的衰减值，同时检测末端检波器DET1的AGC值，从而决定何时停止调整ATT2，在本实用新型中，当DET1的值正好对应2W输出时，则停止调整ATT2，由于MCU 已经获取了DET1以及DET2的AGC值，此时，根据这两个值来计算出发射通道的衰减值，进而调整ATT1的衰减值至一个合适的范围，由于终端通信接收动态范围40DB以上，比较大，所以ATT1的值不需要特别精准，上述内容为一个自适应调整周期，时间大约为1秒钟，ATT1调整完毕后，MCU开始检测DET2的输出值，反复检测输入信号的最大幅度，同时设定一个门限值，该门限值的设定，取比检波器基底值大10DB作为有无信号的门限值，如果在 1分钟内没有信号输入，则MCU控制关闭功率放大器的使能，使得功率放大器进入休眠状态，从而减小功耗，如果检测到输入的信号再次大于所设定的门限值时，则MCU进行重复上面的检测过程，从而实现自适应的调整方案。

在本实用新型中，功率放大器采用的是4W功率放大器，压控衰减器ATT1 与所述压控衰减器ATT2的芯片型号为AT-113，直流运算放大器DCAMP的型号为AD8065。

该自适应有源天线相较于市面上现有的有源天线有一下几个优点，

1、动态范围大，可满足0-156米(0-39DB衰减，电缆每米衰减0.25DB) 电缆任意连接，而不会造成天线内部有源器件损坏，同时可以保证最佳通信质量；

2、满足宽电压输入；

3、比较省电，不通信时自动进入休眠状态；

4、节约用户成本，不需要再配无源天线和不同长度电缆。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型实施例不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型实施例的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型实施例。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型实施例的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本实用新型实施例内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。系统、装置或终端权利要求中陈述的多个单元、模块或装置也可以由同一个单元、模块或装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

最后应说明的是，以上实施方式仅用以说明本实用新型实施例的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本实用新型实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型实施例的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本实用新型实施例的技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种天通卫星地面站自适应有源天线，其特征在于，所述有源天线包括无源天线ANT、第一双工器、低噪声放大器、自适应模块以及功率放大器；

所述无源天线ANT用于向空中接收和发射无线信号；

所述自适应模块包括无线信号输入端、信号控制端以及信号发射端，所述无线信号输入端接收来自所述低噪声放大器的信号，所述信号控制端通过监测无线输入信号的大小，自适应调整信号的衰减值，从而控制所述功率放大器的使能，所述无线信号发射端将经信号控制端输出的信号发射出去；

所述无源天线ANT接收来自所述第一双工器的输出信号并作为发射信号。

2.根据权利要求1所述的有源天线，其特征在于，所述自适应模块包括位于无线信号输入端的压控衰减器ATT1,位于信号控制端的压控衰减器ATT2、直流运算放大器DCAMP、发射通道的末端耦合器COP1、前段耦合器COP2、末端检波器DET1、前端检波器DET2以及微控制单元MCU；

所述压控衰减器ATT1接收来自所述低噪声放大器发出的信号，并将该信号经过第二双工器后输入到所述信号控制端；

所述信号控制端的微控制单元MCU在所述无源天线接收信号之前控制所述压控衰减器ATT2衰减到最大值，在无源天线接收无线信号后，实时检测所述前端检波器DET2以及所述末端检波器DET1的AGC值来调整压控衰减器ATT2以及所述压控衰减器ATT1，调整后，所述微控制单元实时检测所述前端检波器DET2的输出值从而控制所述功率放大器的使能。

3.根据权利要求2所述的有源天线，其特征在于，所述有源天线还包括增益放大器，所述增益放大器包括位于低通滤波与所述压控衰减器ATT1之间的增益放大器AMP1，所述压控衰减器ATT1与第二双工器之间的增益放大器AMP2以及位于功率放大器与所述压控衰减器ATT2之间的增益放大器AMP3。

4.根据权利要求3所述的有源天线，其特征在于，所述有源天线还包括电源模块，用于通过输出电压向上述各类器件供电，所述电源模块包括第一电源输出端和第二电源输出端，所述第一电源输出端输出+5V电压，所述第二电源输出端输出3.3V电压。

5.根据权利要求4所述的有源天线，其特征在于，所述功率放大器为4w功率放大器。

6.根据权利要求5所述的有源天线，其特征在于，所述第一双工器位于天线端，所述第二双工器位于所述自适应模块与通信终端之间的电缆端，所述第一双工器与所述第二双工器均用于控制输入信号与输出信号的隔离传输。

7.根据权利要求6所述的有源天线，其特征在于，所述压控衰减器ATT1与所述压控衰减器ATT2的芯片型号为AT-113。

8.根据权利要求6所述的有源天线，其特征在于，所述直流运算放大器DCAMP的型号为AD8065。

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